Advanced Functional Materials:叠层修饰阻挡电子注入—提高p型有机晶体管理想性的新策略

场效应晶体管器件是集成电路以及半导体芯片的核心元器件之一,在半导体微电子领域具有广泛应用与重要作用。有机半导体材料由于具有分子可设计、可溶液制备、可柔性化以及低成本等优势,成为近年来的研究热点,基于有机半导体的场效应晶体管(OFET)器件研究也如火如荼。然而,OFET器件中广泛存在的转移特性曲线双斜率等非理想工作特性,使得研究人员对真实的器件性能计算(尤其是迁移率)产生较大偏差。此外,器件的偏压不稳定性也严重阻碍了其实际应用的发展。因此,改善和提高场效应器件的工作理想性及稳定性,是正确评价器件性能并推动器件实际应用的关键一步,对OFET器件领域的发展具有重要作用。

基于此,苏州大学功能纳米与软物质研究院揭建胜教授课题组提出了一种通过阻挡器件中的电子注入,来提高基于p型窄禁带OFET理想性及稳定性的新策略。他们以窄禁带的p型有机半导体材料dif-TES ADT为研究对象,通过在器件电极界面处插入由宽禁带C10-BTBT阻挡层以及高功函MoO3掺杂层组成的叠层界面修饰层,有效改善了器件中存在的两段斜率行为,并显著提高了器件的偏压稳定性。器件的平均可靠性从未修饰的65.11%大幅提高至修饰后的91.76%。研究发现,插入层厚度会对器件理想性变化产生重要影响,在较薄厚度下(5 nm),插入的修饰层不足以完全阻挡少数载流子注入,器件依然呈现出非理想线型;而在较厚厚度下(20 nm),插入的修饰层会增大器件接触电阻,从而对多数载流子注入也产生不利影响,本研究中插入修饰层在10 nm时,器件展现出了最优的理想性。除此之外,研究团队还测试了基于TIPS-pen和C8-BTBT等有机半导体分子材料和修饰层的晶体管器件,证实了该策略具有良好的普适性。

该策略不仅可以有效改善OFET的理想性,也为后续基于p型、n型以及双极性材料场效应器件性能调控提供了新的研究思路。博士研究生吴晓峰与贾若飞为论文的共同第一作者。相关论文以“Improving Ideality of p-type Organic Field-Effect Transistors via Preventing Undesired Minority Carrier Injection”为题在线发表在Advanced Functional Materials(DOI:10.1002/adfm.202100202)上。

论文信息:

Improving Ideality of p-type Organic Field-Effect Transistors via Preventing Undesired Minority Carrier Injection

Xiaofeng Wu, Ruofei Jia, Jing Pan, Jinwen Wang, Wei Deng, Peng Xiao, Xiaohong Zhang, Jiansheng Jie

Advanced Functional Materials

DOI:10.1002/adfm.202100202